[發(fā)明專利]帶浮動(dòng)地基的局部變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310672312.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN103925151A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邁克爾·弗里德里希;A·V·雷布斯多夫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遠(yuǎn)景能源（江蘇）有限公司
• 主分類號(hào): F03D1/06
• 分類號(hào): F03D1/06;F03D7/02;B63B35/44
• 代理公司: 廣州新諾專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44100
• 代理人: 李德魁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括：

‐風(fēng)力渦輪機(jī)塔架，其具有頂部和底部；

‐機(jī)艙，該機(jī)艙設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架頂部；

‐轉(zhuǎn)子輪轂，該轉(zhuǎn)子輪轂可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝至機(jī)艙；

‐一片或更多風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該葉片安裝至轉(zhuǎn)子輪轂，其中風(fēng)力渦輪機(jī)葉片構(gòu)成旋轉(zhuǎn)平面；以及

‐浮動(dòng)地基，該地基具有上部，設(shè)置為安裝至風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的底部，其中該地基具有浮體，并設(shè)置為安裝在具有預(yù)定水深的離岸位置。

本發(fā)明還涉及一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，包括一片或更多風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該葉片安裝至轉(zhuǎn)子輪轂，該輪轂緊接著可旋轉(zhuǎn)地安裝至機(jī)艙，該機(jī)艙設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的頂部，該塔架緊接著安裝至具有浮體的浮動(dòng)地基上，其中風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在平均風(fēng)速大于第一風(fēng)速時(shí)調(diào)整槳距角。

背景技術(shù)

眾所周知，在岸上或離岸位置安裝風(fēng)力渦輪機(jī)，通常將風(fēng)力渦輪機(jī)成組設(shè)置，使得風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生盡可能多的能量。近年來，風(fēng)力渦輪機(jī)的高度和大小與這類大型風(fēng)力渦輪機(jī)所能產(chǎn)生的功率輸出一起提升了。由于功率輸出與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的大小和長(zhǎng)度成正比，因此這些葉片的大小和長(zhǎng)度以及風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的高度也增大了。現(xiàn)今，由于噪音限制和其他因素，對(duì)在離岸位置安置這類大型風(fēng)力渦輪機(jī)提出了更高的要求。

離岸風(fēng)力渦輪機(jī)一般安裝在離岸地基（有時(shí)稱為沿岸地基）上，該地基通過單極鉆入海床或者依靠重物或三腳架地基固定至海床。然而，這類地基很貴而且只能用于40米或更淺的水深處。具有一個(gè)或三個(gè)浮力腔的浮動(dòng)地基一般用于更深的水域；然而，這類浮動(dòng)地基通常很貴，并且非常龐大笨重，因?yàn)樗鼈冃枰獮轱L(fēng)力渦輪機(jī)提供穩(wěn)定的平臺(tái)。作用在旋轉(zhuǎn)平面上風(fēng)的推力（有時(shí)稱為風(fēng)推力或轉(zhuǎn)子推力）取決于來風(fēng)的密度，并且在決定這種浮動(dòng)地基即浮動(dòng)體的大小和重量時(shí)，這是一個(gè)重要的因素。

離岸風(fēng)力渦輪機(jī)受制于風(fēng)廓線，該風(fēng)廓線與陸地的風(fēng)廓線不同。離岸風(fēng)廓線具有比陸上風(fēng)廓線更恒定、更高速的平均風(fēng)速。陸上風(fēng)廓線經(jīng)常遭遇風(fēng)切變和湍流，這些降低了平均風(fēng)速。此外，浮動(dòng)地基還要承受洋流和海浪運(yùn)動(dòng)的推力以及作用在地基水下部分的靜水推力。由于各種作用在該結(jié)構(gòu)上的推力，風(fēng)力渦輪機(jī)的傾斜或角旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)搖擺不定，這成為了風(fēng)速超過10至14米/秒，例如12米/秒（也稱為額定功率）時(shí)的主要問題。

失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力渦輪機(jī)容易受來風(fēng)密度的影響，來風(fēng)密度在冬夏之間會(huì)發(fā)生變化，并且在一定的風(fēng)速的額定功率下，湍流會(huì)出現(xiàn)在葉片的上風(fēng)側(cè)，導(dǎo)致失速，并由此導(dǎo)致載荷量和振動(dòng)量的增加。由于這類風(fēng)力渦輪機(jī)作為離岸區(qū)域的技術(shù)方案是很大、重且貴的，因此不是優(yōu)選技術(shù)方案。此外，風(fēng)作用在這類風(fēng)力渦輪機(jī)上的推力或載荷會(huì)影響額定功率的情況，這會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)葉片周圍出現(xiàn)湍流。這使得風(fēng)力渦輪機(jī)承受顯著的風(fēng)暴載荷和應(yīng)力，造成風(fēng)力渦輪機(jī)失效。在極高風(fēng)速或陣風(fēng)的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)承受的載荷和應(yīng)力將成倍增加。這要求風(fēng)力渦輪機(jī)建造或限定至足以承受這種高載荷和應(yīng)力。為了達(dá)到國(guó)際電工委員會(huì)定義的等級(jí)要求，風(fēng)力渦輪機(jī)生產(chǎn)商通常增加強(qiáng)化材料和/或增加該結(jié)構(gòu)各部分的大小和強(qiáng)度。這隨之增加了這類風(fēng)力渦輪機(jī)的生產(chǎn)成本。這類風(fēng)力渦輪機(jī)使得風(fēng)力渦輪機(jī)的效率不受控。

用于離岸區(qū)域的槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力渦輪機(jī)一般將整片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片調(diào)整槳距角以傾向或逆向風(fēng)向，使得在額定功率情況下保持相對(duì)恒定的功率輸出。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片調(diào)整槳距角以至逆向風(fēng)向時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子輪轂的推力減小，并當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片調(diào)整槳距角以傾向風(fēng)向時(shí)，推力增大。這造成風(fēng)力渦輪機(jī)相對(duì)該結(jié)構(gòu)的重心重復(fù)地傾斜或成角度地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)安置在浮動(dòng)地基時(shí)，這是一個(gè)重大的問題。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)朝向風(fēng)傾斜時(shí)，會(huì)產(chǎn)生額外風(fēng)，從而增加了擊中旋轉(zhuǎn)平面的相對(duì)風(fēng)。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)向后傾斜離開風(fēng)時(shí)，其會(huì)隨風(fēng)移動(dòng)，從而減少擊中旋轉(zhuǎn)平面的相對(duì)風(fēng)。這意味著，如果風(fēng)力渦輪機(jī)安置在浮動(dòng)地基，會(huì)看到擊中風(fēng)力渦輪機(jī)的相對(duì)風(fēng)的重復(fù)變化，即使來風(fēng)的風(fēng)速是恒定的。這些風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)面的阻尼振蕩可具有顯著的自我增強(qiáng)效果，這會(huì)翻倒該結(jié)構(gòu)或引致該結(jié)構(gòu)失效。